DE4236742A1 - Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen mit einem Druckaufnehmer bzw. von einem Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen mit einem Druckaufnehmer, der eine langgestreckte Hülle sowie mindestens eine in der Hülle angeordnete Lichtleitfaser aufweist.

Eine solche Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen mit einem Druckaufnehmer ist bereits aus der DE-OS 29 06 841 bekannt. Diese Druckschrift vermittelt die Lehre, den Straßenverkehr mit in der Straßendecke vorgesehenen Lichtleitfasern als Druckaufnehmer zu überwachen. Der Druckaufnehmer ist aus einer langgestreckten elastischen Kunststoffhülle, in der sich eine Lichtleitfaser in Längsrichtung der Hülle erstreckt, ausgebildet. Die Innenfläche der Hülle weist im Schnitt sinusförmige Unebenheiten auf. Bei diesem Druckaufnehmer wird von der Eigenschaft der Lichtleitfaser Gebrauch gemacht, daß sich durch ihre mechanische Belastung ihre optischen Eigenschaften und damit ihr Übertragungsverhalten verändern. Mit einer Sender-Empfänger-Anordnung wird dieses geänderte Übertragungsverhalten der Lichtleitfaser erfaßt und daraus werden die gewünschten Informationen über die Anzahl und die Art der den Druckaufnehmer über fahrenden Fahrzeuge ermittelt.

Diese bekannte Vorrichtung hat aber den Nachteil einer aufwendigen und teuren Herstellung des Druckaufnehmers, insbesondere durch die die sinusförmigen Unebenheiten aufweisende Kunststoffhülle, die genau reproduzierbare Eigenschaften aufweisen muß. Durch die Erfassung der Durchbiegung der in der elastischen Hülle eingebetteten Lichtleitfaser wird keine ausreichende Genauigkeit erreicht, die z. B. das Erkennen verschiedener Fahrzeugtypen wie Motorräder, Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen ermöglicht.

Der in dem Patentanspruch 1 bzw. in dem Patentanspruch 7 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine einfach herstellbare und genau reproduzierbare Ergebnisse liefernde Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen mit einem Druckaufnehmer auszubilden, die in der Straßendecke angeordnet und so zur zuverlässigen und exakten Überwachung des Straßenverkehrs verwendet werden kann.

Dieses Problem wird durch die in dem Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst, daß die langgestreckte Hülle aus zwei übereinander angeordneten metallenen Bändern gebildet ist, daß zumindest eines der beiden metallenen Bänder einseitig dem jeweils anderen metallenen Band zugewandt mit einer bei Wärmezufuhr klebfähigen Beschichtung versehen ist, und daß die beiden metallenen Bänder durch Wärmezufuhr so miteinander verklebt sind, daß die Lichtleitfaser unmittelbar an den beiden Bändern anliegt.

Nach den in dem Patentanspruch 7 aufgeführten Merkmalen wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen gelöst, indem zwei Bänder, von denen zumindest ein Band einseitig mit einer bei Wärmezufuhr klebfähigen Beschichtung versehen ist und zwischen denen mindestens eine sich in Längsrichtung der Bänder erstreckende Lichtleitfaser geführt wird, erwärmt werden, und daß die beiden erwärmten Bänder zur Bildung der langgestreckten Hülle mit ihren beschichteten Seiten derart aneinander gedrückt und mittels der zumindest einen klebfähigen Beschichtung miteinander verklebt werden, daß die Lichtleitfaser unmittelbar an den beiden Bändern anliegt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Druckaufnehmer auf einfache Art und Weise und mit einer guten Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann. Zum Fügen der beiden Bänder sind keine hohen Temperaturen erforderlich, die zu einer Verformung der Bänder führen könnten. Es besteht auch nicht die Gefahr, daß es wie bei der Verwendung eines flüssigen Klebstoffes zu einer unterschiedlichen Klebstoffverteilung zwischen den beiden Bändern und damit zu nichtreproduzierbaren Eigenschaften des Druckaufnehmers kommt. Das unmittelbare Anliegen der Lichtleitfaser an den beiden Bändern führt dazu, daß sich bei Änderungen des auf den Druckaufnehmer wirkenden Druckes der Brechungsindex der Lichtleitfaser und damit ihr Übertragungsverhalten unmittelbar ändert. Auf diese Weise läßt sich eine genaue und reproduzierbare Erfassung der Druckänderungen erzielen, die z. B. bei der Anordnung des Druckaufnehmers in einer Straßendecke ermittelt werden und eine exakte Auskunft über den Straßenverkehr vermitteln.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Straßendecke zum Erfassen des Straßenverkehrs ist es vorteilhaft, wenn die metallenen Bänder aus einem rostfreien Stahl ausgebildet sind.

Um mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine möglichst genaue Druckerfassung zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden metallenen Bänder zumindest im Bereich der mindestens einen Lichtleitfaser genau parallel zueinander verlaufen.

Von Vorteil ist es, wenn zumindest eines der beiden Bänder nur an dem anderen Band zugewandten Randbereichen mit der Beschichtung versehen ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Lichtleitfaser unmittelbar an dem jeweiligen Band anliegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Druckaufnehmers gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Druckaufnehmers gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 4 eine Vorrichtung zum Auswerten eines Drucksignals und Fig. 5 eine Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers.

In der Fig. 1 ist beispielsweise ein erfindungsgemäßer Druckaufnehmer 1 zur Überwachung des Straßenverkehrs dargestellt, der z. B. eingebettet in einem Elastomer in einer Straßendecke angeordnet ist und zur Erfassung der Fahrzeuge dient. Der Druckaufnehmer 1 weist eine langgestreckte Hülle 3 auf, in der mindestens eine sich in Längsrichtung der Hülle 3 erstreckende Lichtleitfaser 5 angeordnet ist. Die beispielsweise genau eine Lichtleitfaser 5 ist z. B. durch eine anisotrope Glasfaser gebildet, die in verschiedene Richtungen, wie in Richtung der Druckbelastung und senkrecht hierzu, verschiedene Brechungsindexe aufweist. Es ist aber auch möglich, eine entsprechende aus Kunststoff ausgebildete Lichtleitfaser zu verwenden. Die langgestreckte Hülle 3 ist aus zwei im wesentlichen parallel übereinander angeordneten metallenen Bändern 7, 9 gebildet, die beispielsweise aus einem rostfreien Stahl bestehen. Die Lichtleitfaser 5 liegt in der Hülle 3 unmittelbar an einer unteren Seite 11 des oberen Bandes 7 und einer oberen Seite 13 des unteren Bandes 9 an, wobei z. B. die beiden im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Bänder 7, 9 im Bereich der Lichtleitfaser 5 leicht nach außen gewölbt sind und gegebenenfalls eine Vorspannung auf die Lichtleitfaser 5 ausüben.

Zumindest eines der beiden metallenen Bänder 7, 9 hat an seiner dem jeweils anderen metallenen Band zugewandten Seite 11, 13 eine Beschichtung 17, 19 aus einem bei Wärmezufuhr klebfähigen Werkstoff. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist z. B. das obere Band 7 an seiner unteren Seite 11 mit einer Beschichtung 17 und das untere Band 9 an seiner oberen Seite 13 mit einer Beschichtung 19 versehen, die jeweils die gesamte Fläche der Seiten 11, 13 bedecken. Die beiden metallenen Bänder 7, 9 sind bei Wärmezufuhr durch die Beschichtungen 17, 19 an ihren einander zugewandten Seiten 11, 13 miteinander verklebt.

Um das unmittelbare Anliegen der Lichtleitfaser 5 an den beiden metallenen Bändern 7, 9 und damit eine exakte Erfassung der Druckbelastungen unter allen Umständen zu gewährleisten, ist es ebenfalls möglich, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 3, das ansonsten dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, dargestellt ist, die Bänder 7, 9 nur an ihren einander zugewandten Randbereichen 43, 44 bzw. 45, 46 mit klebfähigen Beschichtungen 17, 19 zu versehen. Der Werkstoff der Beschichtungen 17, 19 ist so auszuwählen, daß die Beschichtungen 17, 19 schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ein festes und zuverlässiges Verkleben der beiden Bänder 7, 9 miteinander gewährleisten, ohne daß die Gefahr einer Verformung der Bänder 7, 9 besteht. Die Beschichtungen 17, 19 der Bänder 7, 9 sind beispielsweise aus einem Copolymer des Polyethylens ausgebildet.

Um eine möglichst genaue Ermittlung der Druckbelastungen mit dem Druckaufnehmer 1 zu ermöglichen, verlaufen die beiden metallenen Bänder 7, 9 der Hülle 3 zumindest im Bereich des Anliegens der mindestens einen Lichtleitfaser 5 an den beiden Bändern 7, 9 möglichst genau parallel zueinander.

Zur Ermittlung der auf die Lichtleitfaser 5 wirkenden Druckbelastung wird die Eigenschaft anisotroper Glasfasern oder vergleichbarer Kunststoffasern ausgenutzt, in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Brechungsindexe zu haben. Eine in der Fig. 3 beispielhaft dargestellte Vorrichtung zur Ermittlung von Druckbelastungen hat z. B. eine Laserdiode 35, von der aus das Laserlicht in Längsrichtung durch die Lichtleitfaser 5 hindurch zu einem Spiegel 37 gelangt. Das Licht wird an dem Spiegel 37 reflektiert, durch die Lichtleitfaser 5 zurückgeführt und z. B. über eine Reflexionsplatte 39 zu einer Photodiode 41 geleitet. Die Photodiode 41 wandelt optische Strahlen in elektrische Signale um, die eine Auswertung der auf die Lichtleitfaser 5 wirkenden Druckbelastung ermöglichen.

Wirkt über das obere Band 7 mit seiner unteren Seite 11 eine Druckkraft F z. B. in der in der Fig. 1 dargestellten Richtung auf die Lichtleitfaser 5, so wird die Lichtleitfaser 5 mit einer Kraft belastet, die bestrebt ist, die Lichtleitfaser 5 zusammenzudrücken. Diese Druckkraft hat zur Folge, daß sich die optischen Eigenschaften der anisotropen Lichtleitfaser 5, nämlich die Brechungsindexe und damit auch die Phasenwinkeldifferenz des Laserlichts zwischen dem Eintritt in und dem Austritt aus der Lichtleitfaser 5 gegenüber dem unbelasteten Zustand der Lichtleitfaser ändern. Die Änderung der Übertragungseigenschaften der Lichtleitfaser 5 wird von der Photodiode 41 erfaßt und in einem weiteren Verfahren derart ausgewertet, daß die auf die Lichtleitfaser 5 wirkende Druckbelastung ermittelt wird.

In der Fig. 4 ist eine Anordnung zum Herstellen eines erfindungsgemäßen langgestreckten Druckaufnehmers 1 dargestellt. Die beiden metallenen Bänder 7 und 9, die z. B. beide einseitig mit einer bei Wärmezufuhr klebfähigen Beschichtung 17 bzw. 19 versehen sind, sind z. B. auf jeweils einem trommelförmigen Bandspeicher 21 bzw. 23 gehalten. Die Bänder 7, 9 werden von ihren Bandspeichern 21, 23 abgezogen und durch beispielsweise jeweils eine Wärmequelle 25, 27 auf eine Temperatur von z. B. etwa 110°C erwärmt. Zwischen den beiden Bändern 7, 9 wird die Lichtleitfaser 5 geführt. In Verfahrensrichtung hinter den Wärmequellen 25, 27 sind zwei Anpreßrollen 29, 31 vorgesehen, die die Bänder 7 und 9 mit ihren beschichteten Seiten 11, 13 aneinander drücken und fest miteinander verkleben. Dabei wird der Druck der Anpreßrollen 29, 31 und die Temperatur der Beschichtungen 17, 19 beim Anpreßvorgang so gewählt, daß die einlaufende Lichtleitfaser 5 in direktem Kontakt mit der unteren Seite 11 des oberen Bandes 7 und der oberen Seite 13 des unteren Bandes 9 steht, indem sich die Lichtleitfaser 5 durch die Beschichtungen 17, 19 hindurch drückt. Aufgrund der geringen Schichtdicke der bei Wärmezufuhr klebfähigen Beschichtungen 17, 19 werden sich beim Anpressen im allgemeinen die beiden Bänder 7, 9 im Bereich der Lichtleitfaser 5 nach außen verformen und eine Vorspannung auf die Lichtleitfaser ausüben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen mit einem Druckaufnehmer 1, der mindestens eine zwischen zwei miteinander verklebten, die Hülle 3 bildenden metallenen Bändern 7, 9 angeordnete Lichtleitfaser 5 hat, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung haben den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Herstellung eines sehr exakte und reproduzierbare Meßwerte liefernden Druckaufnehmers 1, der sich angeordnet in eine Straßendecke insbesondere zur Überwachung des Straßenverkehrs eignet.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen mit einem Druckaufnehmer, der eine langgestreckte Hülle sowie mindestens eine in der Hülle angeordnete Lichtleitfaser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckte Hülle (3) aus zwei übereinander angeordneten metallenen Bändern (7, 9) gebildet ist, daß zumindest eines der beiden metallenen Bänder (7, 9) einseitig dem jeweils anderen metallenen Band (9, 7) zugewandt mit einer bei Wärmezufuhr klebfähigen Beschichtung (17, 19) versehen ist, und daß die beiden metallenen Bänder (7, 9) durch Wärmezufuhr so miteinander verklebt sind, daß die Lichtleitfaser (5) unmittelbar an den beiden Bändern (7, 9) anliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallenen Bänder (7, 9) aus einem rostfreien Stahl ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden metallenen Bänder (7, 9) zumindest im Bereich der mindestens einen Lichtleitfaser (5) genau parallel zueinander verlaufen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (17, 19) der Bänder (7, 9) aus einem Copolymer ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beiden Bänder (7, 9) auf einer beschichteten Seite (11, 13) vollständig mit einer Beschichtung (17, 19) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beiden Bänder (7, 9) nur an dem anderen Band (9, 7) zugewandten Randbereichen (43, 45, 44, 46) mit einer Beschichtung (17, 19) versehen ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Ermitteln von Druckbelastungen mit einem Druckaufnehmer, der eine langgestreckte Hülle sowie mindestens eine in der Hülle angeordnete Lichtleitfaser aufweist, insbesondere einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei metallene Bänder (7, 9), von denen zumindest ein Band (7, 9) einseitig mit einer bei Wärmezufuhr klebfähigen Beschichtung (17, 19) versehen ist und zwischen denen mindestens eine sich in Längsrichtung der Bänder (7, 9) erstreckende Lichtleitfaser (5) geführt wird, erwärmt werden, und daß die beiden erwärmten Bänder (7, 9) zur Bildung der langgestreckten Hülle (3) mit ihren beschichteten Seiten (11, 13) derart aneinander gedrückt und mittels der zumindest einen klebfähigen Beschichtung (17, 19) miteinander verklebt werden, daß die Lichtleitfaser (5) unmittelbar an den beiden Bändern (7, 9) anliegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden erwärmten Bänder (7, 9) durch Anpreßrollen (29, 31) aneinander gedrückt werden.